振动压路机调幅液压系统设计.pdf

竞 卷构 每 I | 程帆械 振动压路机调幅液压系统设计 张应林 三明重型机器有限公司 摘要 目前国内大多数液压振动压路机在选择振幅时， 只能在两个挡 大振幅与小振幅 之间 选择， 这样压实的路面难免会有诸如压实不足、 过压或压碎骨料等问题， 且作业效率低。开发“ Y Z C 1 2 智能化串联式振动压路机” ， 实现了振幅的无级可调。 重点介绍智能化压路机液压传动系统的设计及 液压控制， 对其液压控制方案进行分析比较 ， 选择适合本机的电比例调速液压控制方案。 对样机实测 数据进行分析 ， 验证了运用电比例调速方案在无级调幅振动压路机的可行性与精确性， 为推广智能 化作业机械群打下基础。 关健词 智能化压路机； 调幅液压系统； 电比例调速 国内大多数液压振动压路机在选择振幅时， 全 凭操作者的经验且只能在两个挡 大振幅与小振幅 之间选择 ， 这样压实的路面难免会有诸如压实不足、 过压或压碎骨料等问题 ， 而且作业效率低。为此 ， 催 生 了三重公 司与福州大学的合作项 目国家 8 6 3 计划科技项 目“ Y Z C 1 2 智能化串联式振动压路机” ， 其最大特点就是振幅可以无级调节。而要实现振幅 的无级可调 ， 液压调幅控制系统 的设计是关键之一。 1 调幅方案的确定 A A 来 自行走 系 目前 ，振动压路机 的振幅主要分 3种形式 两 挡 、 固定分级调幅及无级调幅。 本厂与福州大学联合 设计的智能化压路机 ，其调幅机构主要 由一摆动液 压缸来使滚筒转动 见专利 2 0 0 4 2 0 0 4 7 4 4 8 ． 4 1 如图 1 。 摆动液压缸的动力源来 自行走 系统的补油泵压 力， 偏心轴 l 、 3 对称布置在激振轴 2 即辗压轮 7 轴 心 两侧， 滚筒 8 通过摆动液压缸 5 、 传动转轴 6来 驱动实现旋转角度 ，实现由两偏心轴轴线组成的平 面与水平地面夹角 0 [ 的变化 0 ～ 9 0 。范围内变化 ， 4 1 2 3 的 补 油 泵 压 力 ＼ ／ | - ＼ ／ ＼ n 咄I ■ l卜 一 一、 ■【 ． ’ ⋯ _ 1 用 目 一 _ 日 一 ■ 一 zq--l 摹 尸 ● ● 一 _ I | l ／ ／ ． 一| h| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 ．偏心轴 2 ． 激振轴 3 ． 偏心轴 4 ． 介轮轴 5 ． 摆动液压缸 6 ． 转轴 7 ． 碾压轮 8 ． 滚筒 9 ．振动液压马达 图 1 调幅机构示意 图 基金项 目 8 6 3国家高技术研究发展计划 2 o 0 3 A A 4 3 O 1 7 0 作者简介 张应林 1 9 7 2 一 ， 男， 福建人 ， 工程师， 硕士， 研究方向 工程机械液压系统。 _ _ 47-- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ．1i够魄嘲 砌 锄；妨| | 工程粕 瓣 两偏 心轴的旋转则 由液压 振动马达 9驱动激振轴 2 ， 激振轴 2同时与偏 1、5 , 轴 3和介轮轴 4啮合， 介轮 轴 4又与偏心轴 1啮合 ，实现两偏心轴的运动方 向 相反 ， 两偏心轴上产生的合力由于夹角 的变化就 引起了辗压轮 7作用在地面的力也跟着变化 ，从而 实现无级调幅的 目的。 这样 ， 对振幅的调节模式的选 择主要就在于对阀控液压缸系统的选择。其液压实 现调幅有如下方案 1 方案一采用开关阀控制液压缸 的形式 不管所检测到的控制量的大小 ，系统均以开和关两 种方式对摆动液压缸进行断续控制，不能进行稳定 的调速系统， 系统死区不容易消除， 故不宜采用。 2 方案二 比例方向阀调幅模式 比例方向 阀由方向阀与比例节流阀复合在一起， 结构较为简 单， 但其节流阀的节流面积比应与液压缸的面积比 相匹配 ， 且 它只能对单个执行器进行控制 ， 其控 制 精度受压力与油温等影响较大 ， 另外 ， 比例方 向阀 有两只比例 电磁铁 ， 在选择 比例放大器时也应是双 通道的 ， 增加 电气控制 的复杂性 ， 所 以也不宜采用 这种控制方案。 3 方案三比例调速阀调幅模式运用电比 例调速阀串接于摆动液压缸的进 口或出口，进行位 置的无级调幅， 调速 阀其 阀体 由带测量阀芯 、 测量孔 和复位弹簧以及带压差弹簧的压力天平组成 ，它通 过所装 的压力补尝器压力可 以使流量与负载无关 速度感应 。借助压力补尝器可以进一步保证与温 度无关， 而且大大改善系统的重复精度。 比例调速阀 能够接受电流或电压信号， 以改变节流阀的开度， 从 而使进入或流出摆动液压缸的流量得到改变 。它只 有一个电磁铁，所以它只要选择单通道的电子放大 器 ， 在本液压调幅系统中， 由于液压缸所受负载在各 位置的力矩不 同， 即负载为变量 ， 它不但要承受阻力 正负载 ， 同时它也要承受负值负载。 采用这种调速方 案， 能够最大可能地防止系统出现的超调量， 使调幅 过程快速、 平稳进行 。故采用这种调速方案 ， 调幅液 压系统原理图如图 2所示。 来 自补 鲭． 3 卷 2 I， o B 审 刚 1 、 2 ． 调速阀 3 、 4 ． 制动阀 5 、 6 ． 换 向电磁 阀 7 、 9 ． 摆动液压缸 8 、 1 0 ． 制动器 图 2 调幅液压 系统原理图 构 设计结构图见图3 ， 其结构选择齿轮 一 齿条传动， 具体参数为 活塞直径 D 5 0 m m， 中心距 a 4 0 m m， 分 度圆直径 d 6 0 m m， 齿轮模数 ／ 7 ／, 5 ， 齿数 z - 1 2 。 图 3 摆 动液压缸设计结构 图 2 ． 2 液压阀的选择 参 照 派 克公 司 样本 ，选 取 三位 四通换 向 阀 D1 V W1 C N J C H 5 ， 其有关技术参数见表 1 。 表 1 换 向阀参数表 油液温度 ／ ℃ - 2 5 7 0 工作压力 ／ MP a 2 1 最大流量 ／ L ／ m i n 8 0 响应 时间 直流 ／ m s 3 24 0 在 3 2L ／ m i n和 2 5MP a时 最高换向频率 ／ H z 4 ．2 二 通 调 速 阀 采 用 派 克 公 司 产 品 D U R 3 ． 2 L 0 6 P K A ， 它的电磁铁不带位移传感器， 故在液压上 实行开环控制。调速阀有关技术参数见表 2 。 2 调幅液压系统液压元件的选择 3 调幅液压控制系统分析 调幅系统液压元件主要包括 摆动液压缸、 换向 阀和调速阀。 2 ． 1 摆动液压缸的选择 由于摆动液压缸为线位移 一 角位移 的转换 机 一 48一 调幅系统采用电比例调速系统，其调速系统原 理如图 2所示。 摆动液压缸为线位移 一 角位移的转 换机构 ， 不调 幅时 ， 控制前后振 动轮上制 动器 8 、 1 0 的制动 电磁阀不得电，此时图 2所示的滚筒处于制 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 9 卷2 0 0 8 年1 0 月 工程机械 表 2 调速阀参数表 最大控制电流 ／ m A 6 8 0 线圈电阻 2 4 最大流量 ／ L ／ m i n 3 ． 2 工作压力 ， I Ⅵ P a 最大 2 1 油液温度 ／ ℃ 2 0 ～7 0 最小压差 ， MP a 0 ． 3 在额定流量 下的滞后 6 ％ 重复精度 2 ％ 在输入电压差为 5 V时 动状态 ； 当需要调幅时 ， 制动阀 3或 4得电 ， 制动器 8或 1 0处于松开状态 ，接通换 向电磁 阀 5与 6后 ， 调速 阀 i 与 2按给定的输入指令调节液压缸出油流 量 ， 当摆动液压缸 7或 9摆到所需角度时 ， 先关 闭换 向阀与调速阀， 然后再关闭制动阀。 压路机进行调幅时， 一般处于动态工作状态， 摆 动液压缸负载会发生变化，此时也影响运动部件惯 性力及摩擦粘性阻力的变化 ， 从而导致速度 的变化 。 运动部件的粘性摩擦阻力对系统运行的平衡性有很 大的影响。 在调幅过程中， 摆动液压缸是在极低 的速 度下工作的 ，由于摆动液压缸系统 中有干摩擦力这 一 非线性因素的存在 ，会导致摆 动液压缸工作不稳 定 。摆动液压缸活塞开始移动时 ，由于摩擦阻力较 大 ， 此时 ， 活塞速度 O ； 当压力 升高到足 以克服此 阻力及负载力时 ， 摆动液压缸活塞突跳 ， 随后 ， 活塞 速度又降低 ， 摩擦阻力又增大， 又使活塞静止。 这样， 调幅机构在调幅过程中很容易 出现超调现象 。在稳 态情况下 ， 对于一定的阀芯位移 ， 液压缸有一个确定 的输 出位移。 运用 比例控制技术 ，对液压缸油液流量进行控 制 ， 在不考虑摩擦粘性阻力对系统影响时 ， 由于摆动 液压缸输出的位移在电气上进行闭环控制 ，从而达 到调幅控制精度的准确性与平稳性。 4 样 机 的测试 用 I N V 一 3 0 6 D F智能数据采集 仪和 I N V 一 8抗混 滤波放大器所测振幅的数据如表 3所示 表 3 样机测试数据 调幅显 前轮振幅 频率 3 0 H z ／ m m 后轮振幅 频率 2 5 H z ／ m m 示角度 垂直方 向 水平方 向 垂直方向 水平方向 0。 0． 7 0 3 2 0． O 6 7 4 0 ． 4 75 1 0 ． 0 961 1 5 。 0． 61 1 1 0 ． 2 47 8 0 ． 42 5 6 0． 21 9 6 3 0 。 0． 5 5 90 0． 41 5 3 0 ． 37 5 6 0- 3 21 0 45 。 0． 4 2 5 0 0． 5 25 9 0 ． 3 97 8 0 ． 4 97 0 6 0 。 0 ． 2 6 8 7 0 ． 6 1 7 1 O ． 1 8 3 0 0 ． 4 5 9 3 75 。 0． 1 0 8 7 0． 6 91 0 0． 0 4 9 0 0． 4 72 1 90 。 O． 0 7 5 3 O． 6 9 2 6 O ． O 769 O ． 4 98 8 表 中所有数据为所测 5次后的平均值 经换算 后 ， 由表 中可以看 出 在可调滚筒 0 。时 ， 垂直振幅 最大 ， 在 9 0 。时垂直振幅最小 ， 而水平振幅最大。在 不同频率下同一角度时其振幅也不一样 。 5 结论 运用比例调速阀进行调幅控制， 其控制精度高， 系统产生 的超调量小 ，样机测试证明本设计所选用 的液压元件性能可靠 ， 计算准确 。 参考 文献 [ 1 ]黎启柏． 电液比例控制与数字控制系统[ M] ． 北京 机 械 工业 出版社 ， 1 9 9 7 ． 【 2 ]王占林． 近代液压控制【 M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 97． [ 3 ] 辛涛． 智能振动压路机控制系统的研究与设计[ D ] ． 北京 长安 大学 ， 2 0 0 3 ． 通信地 址 福建省 三明市沙县金沙工 业园厦工集 团三明重 机公司技术中心 3 6 5 5 0 0 收稿 日期 2 0 0 8 0 6 1 0 - - 4 9--- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m